진공이란 무엇인가

여는 글　

1장 진공의 역사
2장 상대론적 진공
3장 진공과 양자물리학
4장 진공과 우주론

결론과 전망
참고문헌

세상을 이해하는 방식의 근본적인 혁신은 근대물리학의 탄생으로 이어졌다. 근대물리학이 오랜 발전 과정을 거치면서 수많은 문제가 논의되었는데, 진공의 문제는 그중에서도 중요한 역할을 수행했다. 특히 진공의 작용과 속성으로 정의되는 매체나 기질은 다양한 맥락에서 다양한 용어로 소환되었다. 물체의 위치나 운동이 문제일 때는 ‘공간’, 수력학에 관계된 경우는 ‘진공’이나 ‘물질’, 상호작용이나 전파가 문제라면 ‘에테르’……. 그러나 이 다양한 개념들을 완전히 별개의 것으로 볼 수는 없다. 모두 공통된 속성을 나타내기 때문이다. 물론 한때 사람들은 이런저런 현상을 두고 진공으로 설명하려는 측과 어떤 ‘물질’로 설명하려는 측으로 나뉘기도 했다. 하지만 이제 와서 볼 때 그 개념들은 표면적으로는 서로 대립하는 것처럼 보여도 사실은 동일한 물리적 실체를 다른 방식으로 표현한 것에 지나지 않는다. 모두가 결국은 진공을 이야기하고 있고, 따라서 진공이라는 실체가 다양한 ‘화신’의 형태로 구체화된 것이다._본문 중

일반상대성이론에서 공간은 그 자체로 역학적인 기능을 한다. 예를 들어 공간은 팽창 중인 우주의 경우에서처럼 진화를 할 수 없다. 그렇다면 진공은 ‘공간 자체를 포함한 모든 것이 제거되었을 때 남는 것으로 정의되어야 하지 않을까? 아인슈타인은 진공을 그런 식으로 정의하는 게 이상적이라고 보았다. 물질만 없는 게 아니라 공간도(그리고 시공간도) 남아 있지 않은 상태 말이다. 하지만 정작 아인슈타인의 이론은 그와 다르게 말하고 있다. 이론에 따르면 물질이 없을 경우 아무것도 존재하지 않는 게 아니라 어떤 특별한 시공간, 즉 바로 진공에 해당하는 시공간이 존재하기 때문이다. 물질에 의해 생기는 곡률이 모두 제거된 시공간이긴 해도 어쨌든 시공간은 존재하는 것이다._본문 중

보다 완벽한 통합에 대한 아인슈타인의 꿈은 현실이 될 수 있을까? 물질과 진공, 복사와 상호작용뿐만 아니라 중력과 시공간의 기하학까지 모두 같은 차원에 놓고 같은 방식으로 다루면서 동일한 실체로 간주하는 이해 방식이 나올 수 있을까? 예를 들어 우리가 시공간의 기하학적 형태라고 부르는(주로 곡률 형태로 기술되는) 것과 전자기장이라고 부르는 것은 동일한 성질의 두 물리적 존재로서, 현재 양자장이라고 불리는 것으로 일반화될 수 있다. 그러한 통합적 접근에 따르면 진공은 모든 양자장의 바닥상태로서 모든 상태에 대한 유일한 기준이 된다. 이 경우 중력적 진공과 양자적 진공 사이의 구별은 타당성을 잃고, 우주론적 논쟁도 폐지된다. 마침내 진공에 대해 일관성 있는 하나의 정의만 허용되는 것이다._본문 중